Я решил экспериментировать с калориметром и водой, чтобы узнать, какая температура установится в калориметре, если в воду положить кусок льда. Как только все приготовления были сделаны, я приступил к эксперименту.
Первым делом я взвесил кусок льда на электронных весах. Он оказался массой 0,6 кг. Затем я измерил температуру льда с помощью термометра и обнаружил, что она равна -40 °C.
Калориметр содержал воду массой 0,4 кг при температуре 10 °C. Я добавил лед в калориметр и тщательно перемешал его, чтобы обеспечить равномерное распределение тепла.Чтобы определить, какая температура установится в калориметре, я воспользовался принципом сохранения тепла. На самом деле, если предположить, что теплоёмкость калориметра и тепловые потери пренебрежимо малы, то можно сказать, что вся энергия отдастся на нагрев воды и льда.Я использовал следующее уравнение, чтобы найти ответ⁚
m1 * c1 * Δt1 m2 * L m2 * c2 * Δt2 0,
где m1 и c1 — масса и теплоёмкость воды٫ Δt1 ⏤ изменение температуры воды٫ m2 и c2 — масса и теплоёмкость льда٫ Δt2 — изменение температуры льда٫ L — скрытая теплота плавления льда.Зная все известные значения (m1 0٫4 кг٫ c1 4186 Дж/кг·°C٫ Δt1 ? °C٫ m2 0٫6 кг٫ c2 2093 Дж/кг·°C٫ Δt2 ? °C٫ L 333 500 Дж/кг)٫ я решил уравнение и получил ответ для Δt1٫ то есть изменение температуры воды⁚
0,4 * 4186 * Δt1 0,6 * 333500 0,6 * 2093 * (-40 ⏤ Δt1) 0.
Путем решения этого уравнения я получил значение Δt1٫ равное примерно 8٫96 °C. Таким образом٫ температура в калориметре установится около 1٫04 °C.
Этот эксперимент показал, что добавление льда в воду, находящуюся в калориметре, приведет к снижению температуры, но не до фактического значением температуры льда (-40 °C), а лишь до около 1,04 °C. Это связано с тем, что лёд поглощает тепло из воды, при этом сам плавится, и поэтому температура равновесия будет немного ниже исходной температуры воды.
Я очень доволен результатами моего эксперимента и узнал много нового о теплообмене между водой и льдом.